采用isoSPI數(shù)據(jù)鏈路實(shí)現(xiàn)高可靠性車載電池系統(tǒng)
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對于被設(shè)計(jì)到HEV、PHEV和EV動力傳動系統(tǒng)中的電池組而言，實(shí)現(xiàn)高可靠性、高性能和長壽命的關(guān)鍵因素之一是電池管理系統(tǒng)(BMS)中所使用的電子組件。目前為止，大部分電池組設(shè)計(jì)采用了集中式的實(shí)用BMS硬件，局限于在規(guī)模較大的裝配中。特別是，電池和相關(guān)設(shè)備的電氣噪聲工作環(huán)境對數(shù)據(jù)通信鏈路提出了非常嚴(yán)格的要求，而通信鏈路承載了車內(nèi)關(guān)鍵信息的傳輸。應(yīng)用廣泛的CANbus能夠處理這類噪聲，但是原始BMS數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)吞吐量需求及其相關(guān)組件成本導(dǎo)致無法在結(jié)構(gòu)化吸引的設(shè)計(jì)中采用模塊化和分布式電池模塊，特別是在提供好的分配重量上。運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)芯片級串行外設(shè)接口(SPI)的isoSPI物理層自適應(yīng)技術(shù)，從而釋放成了本效益型分布式電池組架構(gòu)的全部潛能。
isoSPI接口是怎樣工作的
為解決復(fù)雜的干擾問題，所采用的主要技術(shù)是“平衡”雙線(兩條線都不接地)差分信號。這樣允許噪聲出現(xiàn)在導(dǎo)線上，但是，因?yàn)閮蓷l導(dǎo)線(共模)上的噪聲幾乎相同，因此，傳輸?shù)牟钅Ｐ盘栂嗷ブg相對地不受影響。為處理非常大的共模噪聲侵入，還需要采用隔離方法，最簡單的方法是由纖巧的變壓器實(shí)現(xiàn)磁耦合。變壓器繞組耦合穿越介電勢壘的重要差異信息，但由于采用了電隔離，因此不會強(qiáng)烈地耦合共模噪聲。這些與非常成功的以太網(wǎng)雙絞線標(biāo)準(zhǔn)中所使用的方法相同。最后一方面是對信號傳輸方案進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整以提供一種全雙工SPI活動變換，可支持高達(dá)1Mbps的信號速率，而傳輸則僅需采用單根雙絞線。圖1顯示了理想的isoSPI差分波形，描述了能夠通過變壓器耦合的無直流脈沖，不會損失信息。通過脈沖的寬度、極性和時(shí)序?qū)鹘y(tǒng)SPI信號的不同狀態(tài)變化進(jìn)行編碼。
圖1：isoSPI差分信號對雙絞線上的SPI狀態(tài)變化進(jìn)行編碼
采用isoSPI降低復(fù)雜度
構(gòu)建BMS通常涉及到連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)前端器件至處理器，這即是要與CANbus鏈路接口以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)的消息交換。圖2(a)顯示了類似的結(jié)構(gòu)，只需要兩個(gè)ADC器件就能夠支持傳統(tǒng)的SPI數(shù)據(jù)連接。采用SPI信號時(shí)，為滿足安全和數(shù)據(jù)完整性需求而實(shí)現(xiàn)徹底的電流隔離，每一ADC單元都需要專用數(shù)據(jù)隔離單元。這可利用磁性、容性或光學(xué)方法從微處理器系統(tǒng)和CANbus網(wǎng)絡(luò)浮置電池組，但由于它們不得不處理4個(gè)信號通路，因此是相當(dāng)昂貴的組件。
圖2:傳統(tǒng)的BMS隔離和isoSPI方法
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